第7章真空成像器件-像管

六、光电器件的应用选择１．光电检测器件必须和辐射信号源及光学系统在光谱特性上匹配；２．光电器件的光电转换特性必须和入射辐射能量相匹配；３．光电检测器件必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配，以保证得到没有频率失真的输出波形和良好的时间响应；４．光电检测器件必须和输入电路在电特性上良好匹配，以保证有足够大的转换系数、线性范围、信噪比及快速的动态响应等；５．为了使器件具有长期工作的可靠性，必须注意选好器件的规格和使用的环境条件。光电成象器件是指能够输出图象信息的一类器件。包括真空成像器件和固体成像器件。真空成像器件根据管内有无扫描机构粗略的分为像管和摄像管。功能：把不可见光图像或微弱光图像通过电子光学透镜直接转换成可见图像，如变像管、像增强管、X射线像增强器等等。功能：把可见或不可见光图像通过电子束扫描后转换成相应的电信号，通过显示器件再成像的光电成像器件。

固体成像器件：通过某些特殊结构或电路（自扫描形式）读出电信号，然后通过显示器件再成像。真空成像器件：用电子束在高真空度的管内进行扫描。其功能大致可归为以下两类：1、使不可见光图象（红外、紫外）变为可见光图象2、使光学图象变为电视信号像管和摄像管的区别：直视，非直视

第一节像管的工作原理与结构一、工作原理（三大功能）：变换光谱：将红外、紫外的辐射图像变成可见图像增强亮度：使图像亮度接近人眼的视觉响应峰值光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像像管：变像管和像增强管的统称。二、结构：光电变换部分，即光电阴极，光电子发射图象电子光学部分，即电子透镜，它可以使光电阴极发射出来的光电子图象进行加速和聚焦，静电场和电磁场三是电光变换部分，即荧光屏，它可以使电子图象变成可见光图像（P154）三、几种像管结构：1、非聚焦型像管（近贴型）光电子在电场的作用下以抛物线轨迹向荧光屏投射。由于均匀电场只有加速投射作用，没有聚焦成像作用，所以从光电阴极一点发出的不同初速的电子，不能在荧光屏上形成点像，而是一个弥散圆斑。（故分辨率较低）2、静电聚焦型像管几个圆筒形的电极可形成对光电子聚焦和加速的电场，使电子滤在荧光屏上呈倒立的象。当各电极电压之比保持不变时，电子轨迹也基本不变，因此，各电极电压多用电阻链分压的办法供给。静电聚焦型象管结构示意图3、电磁聚焦型像管特点：若光电子有偏离于管轴的速度分量，磁场会使它呈螺旋状前进。电子每旋一圈所需的时间与初速度无关，不管起初是沿什么方向发射，最终都可以被会聚于一点。电磁聚焦型象管结构示意图像管的主要特性参数（P156）1.光谱响应特性和光谱匹配光谱响应特性指：光电阴极的光谱响应特性，它决定管子所能应用的光谱范围。Q：由上面的特性可以联系到什么器件？光谱匹配：在像管的光谱响应范围内光源与光电阴极、光电阴极与荧光屏、荧光屏与人眼视觉函数之间的光谱分布匹配，匹配好，则像管灵敏度高。2.增益特性亮度增益：荧光屏的光出射度和入射至光电阴极表面上的照度之比。3.等效背景照度像管置于完全黑暗的环境中，当加上工作电压后，荧光屏上仍会发出一定亮度的光，这种发光称为像管的暗背景。暗背景存在导致的结果：图像的对比度下降，有可能使微弱光图像淹没在背景中而不能辨别。4.分辨率单位：每毫米线对数常用变像管1、红外变像管红外辐射图像被光学物镜成像后位于光电阴极的前方，该辐射图像相当于对光电阴极有一辐射通量，光电阴极将其变成与其亮度成正比的电子图像，经静电聚焦后轰击荧光屏，再转成光学图像。阳极光电阴极聚焦极荧光屏红外变像管的应用(红外夜视仪)选通式变像管（P157）

阴极和阳极之间增加了一对金属电极（控制栅），改变控制栅电压，即可控制变像管的导通和截止，目的是提高成像对比度和质量。2、紫外变像管紫外变像管的窗口材料为石英玻璃，光电发射材料为Sb-Cs阴极。它可以使波长大于200nm的紫外光变成光电子。紫外变象管与光学显微镜结合起来，可用于医学和生物学等方面的研究。3、光纤面板变像管将光电阴极及荧光屏连同光纤面板一起制成球面型，使聚焦面与荧光屏重合，从而改善了像质。荧光屏上的像借助于平凹形的光纤平板展开成平面像。光电阴极聚焦极阳极荧光屏光纤面板光纤面板

常用像增强器像增强器利用了像管功能中增强亮度、光学成像两个功能。像增强器与变像管的异同点：一、第一代微光像增强器结构示意如下图：光电阴极聚焦极阳极荧光屏光纤面板光纤面板二、第二代微光像增强器

——微通道板像增强器1、微通道板的原理和特性：通道电子倍增器：微通道板MCP(MicroChannelPlate)是利用电子在通道内的二次倍增来实现增强亮度的。2、微通道板像增强器

微通道板是一种先进的具有传输、增强电子图像功能的电子倍增器，具有体积小、重量轻、分辨力好、增益高、噪声低、使用电压低等优点。广泛用于光电倍增管、像增强器、微光电视、X光像增强器、高速示波管，以及光子计数、X-射线、紫外光子、电子、离子、带电粒子、亚原子粒子等的探测。

（1）近贴式MCP像增强器近贴式MCP像增强器又称为平面型或薄片型像增强器。它是把MCP平行放置在光电阴极和荧光屏之间，三者相互靠得很近，故称双近贴式。光电阴极荧光屏(2)倒像式MCP像增强器（静电聚焦式MCP像增器）结构：在单级第一代像增强器中，加上一块微通道板MCP，MCP与光电阴极之间是静电透镜，与荧光屏之间是近贴均匀场。这种结构的优缺点是：分辨率高，像质好；但噪声较大。

静电聚焦式MCP像增器微通道板像增强器的优缺点：⑴体积小，重量轻，整管长度和重量约为一代级联管的二分之一；

(2)亮度便于调节；

(3)减少了荧光屏的光反馈；

(4)整管电压较低其突出的缺点是：⑴噪声大，主要是的附加噪声；⑵图像不够均匀；⑶工艺难度大，主要是的制作以及后续工序对MCP有影响。3.负电子亲和势（NEA）光电阴极和第三代像增强器该阴极材料在可见光范围有较高的灵敏度，在近红外有